抗过载环形 MEMS 固体波动陀螺设计加工与测试

本文针对传统MEMS振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题,开展了抗高过载MEMS固体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。首先,提出了全对称梁的陀螺结构形式,该结构能够有效的减小冲击过程在结构中造成的应力残留,配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力,并在此基础上推导了陀螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数,指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、品质因数越小则越有利于提高陀螺在敏感轴上的抗冲击特性。其次,利用有限元分析软件对陀螺结构进行了模态分析和冲击特性仿真,结果显示在15 000 g@10 ms的冲击作用下,陀螺的最大位移和应力分别为9.46μm和99.6 MPa,保证了陀螺结构具有较好的抗冲击裕度。再次,利用较为成熟的玻璃-硅键合和深硅刻蚀工艺实现了陀螺结构的加工,结合陶瓷封装实现了陀螺结构的真空封装,并基于驱动闭环和检测开环回路搭建了陀螺的测试系统。最后,在实验室环境下利用冲击台实现了对陀螺样机的冲击测试,冲击过程(脉宽0.6 ms)出现了多个5 000 g以上的峰值,最大峰值为16 050 g,陀螺响应时间约为1 s,冲击前...     

高过载MEMS环形陀螺制造与测试

提出了一种新型的抗高过载环形振动式陀螺,分析了其工作原理和振动特性。在ANSYS有限元分析软件中建立了该环形陀螺结构的模型,进行了振动特性分析,仿真分析结果显示该环形陀螺工作模态与干扰模态最小频差Δf_2=248 Hz,驱动和敏感模态频率Δf_1=5 Hz。并且根据冲击动力学原理分析了此结构在半周期正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应,谐振结构最大位移为14.142μm,结构所受的最大的应力为68.396 MPa,可以正常稳定工作。通过基于SOG(Silicon on Glass)的微加工工艺制造了陀螺样机并完成了初步的测试,模态测试与有限元仿真结果中的模态频率最大误差是4.9%。实验室过载测试结果显示陀螺在15 800 g过载下,陀螺工作频率和频差未发生大的变化。     

石英微机械陀螺封装抗高g值冲击有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟石英微机械陀螺封装结构在冲击载荷下有无缓冲垫的动态特性,分析缓冲垫对结构经受x、y、z三方向振动冲击的减振效果.通过软件分析封装经过一级减振使冲击加速度载荷在x方向降低最少,z方向最多.当陀螺经受x,y,z三方向5 000g的半正弦碰撞冲击试验时,必须对器件进行多级减振才能对石英陀螺器件起到保护效果,该分析对陀螺碰撞试验具有实际指导意义.     

真空封装硅微陀螺品质因数的标定

建立了真空封装陀螺的无激励欠阻尼二阶系统模型,用于测量真空封装硅微陀螺的品质因数。对该模型进行理论推导,提出了一种时延常数测试方法。该方法首先利用锁相环路,驱动陀螺实现闭环谐振,获得较大的初始振幅。然后关断激励信号,通过放大电路和解调电路,记录硅微陀螺振荡幅值的衰减过程;用计算机通过Matlab GUI实时采集并拟合振幅衰减曲线,获得时间常数。最后,通过时间常数解算获得真空封装硅微陀螺的品质因数。对真空封装硅微陀螺品质因数的实验测试结果表明:该方法实测数据与理论分析模型的拟合度为99.999%,测试重复性为4.03%,优于传统的扫频测试法的重复性。对比时延常数法与锁相放大器扫频测试法的测试数据显示:时延常数法具有更高的测量精度和更高的测试效率。该方法可以推广到其它高真空封装MEMS器件的品质因数测量。     

基于有限元分析法的液压制动钳耐压性能仿真

利用Solidworks软件建立液压制动钳活塞和钳体的3D模型,在ANSYS Workbench软件中对液压制动钳耐压性能进行有限元分析仿真。在12MPa均匀正常工作载荷仿真中,钳体最大应力为238.56MPa,最大应变0.05mm;活塞最大应力为164.71MPa,最大应变量为0.04mm。在35MPa均匀过载载荷仿真中,钳体最大应力为543.94MPa,最大应变量为0.15mm。活塞最大应力为481.04MPa,最大应变量为0.13mm。试验结果表明,正常载荷下制动钳处于材料允许载荷下不会损坏,过载载荷下制动钳在薄弱区会出现损坏。     

基于有限单元法自卸车货箱不同工况承载分析

自卸车货箱承载特性分析是整车设计和轻量化等研究的基础。建立货箱有限元模型,对举升工况和运行工况承载进行分析;对货箱挡板和底板承载进行分析;基于有限元模型,对6种静态工况和3种瞬态冲击工况进行分析,获取各工况的应力分布,获取应力最大分布位置;采用实车应变测试,对应力最大位置进行测试,对仿真分析进行检验。结果可知：静载工况下,货箱应力分布不均匀,大部分位置应力小于200MPa;满载下坡不平路面紧急制动工况,高应力区域比较集中,出现在货箱举升铰接座附近,最大值约为257MPa;各种工况下,侧板最大应力值总是出现在侧板中部,最大值不超过150MPa;货箱底板能够承受冲击物质量为11000kg的矿石冲击,瞬态最大应力值为225MPa,满足许用应力要求;实车测试货箱举升铰接座、货箱底板中心处的应力分别为：266.2MPa、235.44MPa,与仿真值误差小于5%,表明有限元分析的可靠性,同时验证了模型的准确与可靠性,为此类研究提供参考。     

高冲击条件下聚氨酯灌封电路板应力分析

为保证武器系统内部灌封电路在高冲击和强振动环境下可以更好工作,以武器系统中常使用的聚氨酯灌封材料为例,对印刷电路板分别水平、倾斜、垂直姿态进行灌封。利用有限元分析软件LS-DYNA,分析高冲击条件下不同灌封结构中电路板的应力特征,以及随冲击值的增加最大应力单元的变化情况。试验结果表明,电路板摆放方向与冲击加速度方向平行时,应力值小于其他摆放姿态;随着冲击值的增加,最大应力单元会发生偏移。     

液压支架矿用液压缸动载过载特性的仿真及试验研究

基于AMESim和ANSYS workbench仿真分析,分别搭建了动载过载条件下液压支架矿用液压缸动载加载模型与结构件瞬态动力学仿真模型,得到了液压缸在动载过载条件下的内腔压力特性曲线以及缸体、活塞杆应力应变分布情况。进行动载过载测试试验,得到了动载过载加载条件下液压缸下腔压力-时间曲线以及缸体、活塞杆外表面测点应变测试数据。结果表明:仿真计算结果与试验测试数据在一定误差范围内基本吻合,验证了2种仿真模型以及边界条件设定的合理性以及准确性;液压缸在动载过载条件下,无杆腔压力在30 ms内由初撑压力15 MPa升高到1.0～1.5倍额定压力,对应缸筒预期破坏位置为液柱中上方约1/6处对应缸筒部分:外表面最大应力值为267 MPa,内表面应力值约为363 MPa,且在材料屈服极限内,不同压力倍率下液压缸结构件应力应变分布规律保持一致。     

振动环境下射流偏转板伺服阀弹簧管疲劳强度分析

针对振动环境下伺服阀弹簧管存在疲劳破坏风险且难以量化评估的问题引入牵连惯性力,建立振动环境下射流偏转板伺服阀数学模型,求解弹簧管受力状态及其薄壁根部循环应力值;基于名义应力法,提出了极端振动环境下伺服阀弹簧管疲劳强度校核方法。以某型伺服阀为算例,校核结果表明,通油压时沿阀芯轴向100 g简谐加速度环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值275 MPa,小于10⁸次对称循环疲劳强度（361 MPa）;不通油压时沿阀芯轴向RMS为20 g随机振动环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值120 MPa,小于对应的疲劳强度（228 MPa）;即上述两种极限环境下弹簧管的失效循环次数均大于10⁸次。进行对应的简谐振动（1.44×10⁷次循环）和随机振动（5.47×10⁵次循环）环境试验,弹簧管未发生疲劳破裂,验证该弹簧管疲劳强度校核方法的可靠性。     

电容式高过载微机械加速度计的设计与实验

针对某些高过载应用场合对微机械加速度计抗冲击能力的要求,设计了一种三轴向抗冲击的梳齿电容式闭环微机械加速度计。通过分析带止档的闭环加速度计冲击响应过程,提出在敏感方向使用悬臂梳齿结构作为柔性缓冲止档可以缓冲冲击过程中微结构间的接触碰撞;在非敏感方向采用结构模态和阻尼分离的设计可减小冲击变形,耗散冲击能量。马歇特锤冲击实验表明,该加速度计能够分别承受3个轴向幅值为13 200g,脉宽约102μs的的加速度冲击,冲击前后偏置漂移在5mV以内。该闭环加速度计在±10g的非线性优于500×10-6,1.5h偏置稳定性为0.27mg。设计的样机基本满足高过载环境下惯性测量的要求。     

基于有限单元法铰接式车辆后车架优化分析

铰接式车辆后车体受力情况复杂,设计中需要重点分析.根据整车的受力情况,对后车体和后车架的受力情况进行分析,获取不同工况下的受力特点;基于有限单元法搭建后车体的强度分析模型,选取水平插入工况、后轮离地工况和前轮离地等三种典型工况进行分析,获取各工况下应力的极值点;基于分析结果对后车架进行结构和工艺优化设计;采用应变花对优...     

基于有限元的大流量换向阀仿真分析及结构优化

为了提高大流量换向阀的设计能力,该文采用ANSYS仿真平台对大流量换向阀仿真分析及结构优化。研究结果表明:撞击阶段应力集中区域基本出现在二级阀芯径向进油口部位,此时形成的最大应力等于24.26 MPa,明显比682 MPa的材料屈服极限更低。进液阀套达到了271.83 MPa的最大压应力,但明显低于682 MPa的屈服极限,表明壁厚满足设计标准。进液阀套形最大应力出现在阀套内部,跟瞬态冲击条件下最大应力出现区域存在明显差异。二级阀芯最大应力都出现于阀芯部位,完成结构优化之后,二级阀芯的最大应力发生了显著降低,其余各部位的应力也显著减小,可以满足设计标准。     

分瓣式气动弹射灭火弹发射强度分析与试验

根据实际参数计算灭火弹的受力情况,采用有限元分析软件对弹体的发射强度进行分析.结果 表明:灭火弹最大应力位置位于弹头与分瓣弹身的边缘处,最大等效应力小于105 MPa;灭火弹最大塑性变形为0.010715 mm,总变形为0.9659 mm,均能够满足发射强度要求.进行发射试验结果表明:灭火弹工作正常,出膛后灭火弹未发生...     

超声冲击消除残余应力频率参数的确定

建立模拟焊接过程的三维有限元模型,得到了焊接残余应力的应力场分布,通过对此焊接残余应力场的分布进行研究,可以对焊接结构的质量和使用性能进行预测。应用ANSYS的模态分析功能,得到了模型的固有频率,在固有频率下进行超声冲击消除残余应力会得到较好的效果,并验证了输入频率大于固有频率时,超声冲击消除残余应力的效果与在固有频率下冲击的效果差别不大。     

某星载电子设备的力学仿真分析

星载电子设备面临着各种严酷的力学环境,具有极高的可靠性要求。文中为了节省环试成本,缩短研发周期,采用ANSYS建立了某星载电子设备的力学仿真模型;为了验证模型的准确性,进行了该电子设备的模态仿真及实测,经过比较发现两者数据非常接近;基于建立的仿真模型,分析了该电子设备在加速度过载、冲击、正弦振动及随机振动等各种工况下的结构响应和受力情况,得到了相应的位移和应力云图。结果表明该电子设备的结构设计满足星载环境要求。文中针对该电子设备的结构仿真及测试对于理解其力学特性具有重要的意义。     

空间遥感器动力学环境计算机仿真

论述了空间遥感器动力学环境计算机仿真的目的和内容,讨论了动力学环境对遥感器的影响,探讨了在冲击、过载、低频振动、随机振动等环境计算机仿真分析方法。     

装配参数对附件机匣锥齿轮破裂故障的影响

针对航空发动机附件机匣锥齿轮由装配偏差引起的破裂故障,采用行波共振原理和有限元法,对锥齿轮进行模态分析和静应力计算,分析了啮合锥齿轮的齿轮间隙和主动锥齿轮垂直安装角度对主动锥齿轮齿根应力的影响。仿真与试验结果分析表明：主动锥齿轮结构具有一节径和二节径振型,模态频率与试验误差小于2.5%;齿轮装配间隙对齿根应力影响较小,装配工艺的要求相对合理;主动锥齿轮安装角度偏差对齿根应力影响较大,因此需要严格控制角度偏差。主动锥齿轮断齿金相组织形态及其破裂特征分析表明,锥齿轮的破裂类型为疲劳断裂,断口具有节径型振动疲劳断裂特征。     

高刚重比天线结构刚强度优化设计与分析

天线的发射和接收性能取决于反射面的形面精度,而结构刚强度是决定天线反射面形面精度的主要指标,因此对天线结构进行优化设计非常必要。文中提出了一种具有高刚重比的车载天线结构,采用ANSYS有限元分析软件对天线自重、抗风载荷和振动载荷性能进行了力学仿真分析。仿真结果表明,井形背架结构和桁架形背架结构均可为反射面提供高刚度的结构支撑,桁架形背架结构在强度方面优于井形背架结构,其最大应力值比井形背架结构的最大应力值小43.8 MPa,从而验证了该高刚重比车载天线结构优化设计的合理性和可靠性,可为同类型天线的设计提供理论支撑。     

高温蝶阀筋板设置对阀座强度的影响及分析

基于大型通用有限元软件ANSYS,分别对筋板在垂直及倾斜放置时的高温蝶阀阀座进行数值模拟和加载分析,获得了高温蝶阀阀座的径向、周向、轴向和MISES等效应力场情况,对两种阀座的承载能力进行了对比和分析,为高温蝶阀的结构优化和安全选型提供参考依据。